通过基因表达变化了解噪声损伤导致的听力受损

【字体: 时间:2021年10月22日 来源:University of Maryland School of Medicine

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  由研究人员领导的一个团队发布了一个在线互动图谱,该图谱显示了老鼠耳朵不同细胞类型中RNA水平的变化,这些变化是由于噪音造成的。从这一分析中,研究小组确定了少数候选药物,它们可能能够预防或治疗损伤,并最终保护听力。

  

现在,由马里兰大学医学院(UMSOM)的研究人员领导的一个团队发表了一份在线互动图集,展示了老鼠耳朵在噪音损伤后,不同细胞类型的RNA水平的变化。这些RNA水平的变化被称为“基因表达”的变化。

一旦他们确定了损伤后基因表达的更大趋势,UMSOM的科学家们就会搜索fda批准的药物数据库,以发现已知的那些药物会产生与噪音引起的相反的模式。通过分析,研究小组确定了一些可能能够预防或治疗听力损伤并最终保留听力的候选药物。

他们的分析发表在9月28日的《细胞报告》上。

“作为一名耳鼻喉科外科医生兼科学家,我看到过一些患者由于年龄或噪音造成听力损失,我希望能够帮助防止甚至扭转他们的听力损害,”研究负责人Ronna Hertzano博士说,她是UMSOM耳鼻喉科-头颈外科、解剖学和神经生物学教授,也是UMSOM基因组科学研究所的成员。“我们的扩展分析为我们在未来的研究中跟进提供了非常具体的途径,也为其他研究人员提供了百科全书,可以作为研究听力损失的资源。”

该团队将他们关于噪音引起的听力损失的最新数据添加到gEAR——基因表达分析资源——一个由她的实验室开发的工具,该工具允许未经信息学培训的研究人员浏览基因表达数据(今年夏初发表)。

赫察诺博士解释说,内耳就像蜗牛的外壳,整个内耳都有独立的液体分隔和感觉细胞。耳朵的功能就像一个电池,在液体间的离子梯度是由外壳的侧壁通过添加钾产生的。感觉细胞探测声音,然后与神经元交流,神经元与大脑互动,解读信号。感觉细胞被支持细胞包围着。内耳也有免疫细胞来保护它免受感染。

Hertzano博士实验室的研究主管Beatrice Milon博士最初对老鼠耳朵的感觉细胞和支持细胞进行了分析。她收集了噪声损伤前后基因表达变化的数据。后他们被其他研究人员在他们的研究领域,团队听到科学家分贝疗法(由乔·伯恩斯博士)和卡罗林斯卡研究所(由芭芭拉Canlon博士),从内耳基因表达数据的神经元,侧墙和噪声前后免疫细胞损伤。然后,研究小组将数据集结合起来进行分析。

生物信息学分析由来自特拉维夫大学Ran Elkon博士实验室的硕士、硕士Eldad Shulman领导,Ran Elkon博士是一位生物信息学专家,与Hertzano博士合作已经超过20年了。他们利用先进的计算技术,并将其与生物学见解结合起来分析和解释数据,为听力研究领域提供了有影响力的见解。

Hertzano博士说,他们研究的是细胞的特定水平,而不是整个耳朵,这非常重要,因为他们发现大多数基因表达变化只针对一种或两种细胞类型。

“我们原本预计,对噪音和衰老敏感的神经元子集,会在基因上发生“不好的”变化,这样我们就可以用药物来对抗它们,但事实并非如此,”赫察诺博士说。“相反,我们发现,抵抗噪音创伤的神经元子集打开了一个保护它们的程序,而非常敏感的神经元的基因表达几乎没有变化。我们目前正在寻找方法,以诱导噪音敏感神经元的保护性变化,以防止它们因噪音和衰老而丧失。”

在另一个例子中,研究人员发现,在检测到的四种免疫细胞中,只有一种表现出基因表达的主要差异。

此外,在噪声损伤后的所有内耳细胞中都发现了免疫相关基因,其中许多基因由两个关键调控因子控制。

该研究小组收集了基因表达的总体趋势,并将它们输入DrugCentral,这是一个已知的对fda批准药物的分子反应的数据库,专门寻找与噪声受损细胞中发生的变化相反的变化。他们确定了糖尿病药物二甲双胍作为潜在的候选药物,以及一些用于手术和其他药物的吸入麻醉药物。

“助听器和人工耳蜗是用来减轻听力损失,然而,没有治疗方法可用于预防或治疗听力损失,”e . Albert Reece说,医学博士,博士学位,MBA,执行副总裁医疗事务,巴尔的摩,和约翰·z和作者k·鲍尔斯特聘教授,院长,UMSOM。“对这些发现的后续研究可能最终会导致药物,以防止职业性噪音导致的听力损失,例如工厂工人的听力损失,并改变耳手术麻醉方案的标准化,特别是在听力保存程序中。”

这项工作由尤尼斯·肯尼迪·施莱弗国家儿童健康和人类发展研究所(R01DC013817, R01DC03544)、国防部国会指导的医学研究计划(MR130240, RH200052)、卡罗琳·弗伦基尔基金会、听力健康基金会的听力恢复项目、瑞典医学研究理事会和H?rselforskningsfonden、卡罗林斯卡研究所、Tysta Skolan和卫生事务助理部长办公室通过神经感觉和康复(W81XWH-16-1-0032)、欧洲联盟地平线2020研究和创新计划(722046,848261)、美国-以色列两国科学基金会(2017218)、特拉维夫大学Edmond J. Safra生物信息学中心、Teva制药工业有限公司和以色列国家生物创新者论坛。

Journal Reference:

  1. Beatrice Milon, Eldad D. Shulman, Kathy S. So, Christopher R. Cederroth, Erika L. Lipford, Michal Sperber, Jonathan B. Sellon, Heela Sarlus, Gabriela Pregernig, Benjamin Shuster, Yang Song, Sunayana Mitra, Joshua Orvis, Zachary Margulies, Yoko Ogawa, Christopher Shults, Didier A. Depireux, Adam T. Palermo, Barbara Canlon, Joe Burns, Ran Elkon, Ronna Hertzano. A cell-type-specific atlas of the inner ear transcriptional response to acoustic trauma. Cell Reports, 2021; 36 (13): 109758 DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109758

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